波浪是海岸工程中最重要的动力因素之一,波浪的传播、变形、破碎及波浪与建筑物的相互作用是海岸动力学研究的重要内容。数值波浪水槽是研究波浪问题的有效数值方法,采用考虑流体粘性的NS方程建立数值波浪水槽,能更好的模拟波浪在近岸的运动过程。 在深入研究SPH方法的基础上,应用SPH数值逼近方程离散NS方程,建立了二维水动力数值模型。自由表面不施加条件,固边界采用固定壁粒子、镜像粒子施加无滑移或完全滑移条件,压力采用状态方程计算。提出了内外单元粒子搜索技术,计算效率较以往的方法有显著提高,对粒子数量超大的情况也有良好的表现。采用溃坝、水体塌落形成孤立波及波浪的飞溅与融合等算例验证了模型的可靠性。 基于SPH方法建立了二维数值波浪水槽,生成了孤立波、非线性波和不规则波。模拟结果和实验值、解析解作了对比分析,结果是令人满意的;SPH数值水槽中生成的波浪有明显的非线性,波浪能量沿程有所衰减,和物理水槽的结果吻合较好;结果表明,基于SPH方法的数值波浪水槽的建立是成功的。建模中探讨了推板控制信号的确定,提出了人为粘性消波层处理数值水槽开敞边界的技术,有效地消除了数值水槽开敞边界波浪反射问题。 应用数值波浪水槽研究了孤立波与直立墙相互作用、孤立波在斜坡上爬落变化,模拟了波浪破碎的卷破波形态,表明SPH方法适宜于复杂自由表面问题的模拟,本文建立的数值波浪水槽能应用于近岸波浪问题的精细研究。